Clinical evaluation of pediatric brachytherapy applications, using MC simulations
Ο καρκίνος είναι μία σχετικά σπάνια ασθένεια στα παιδιά, αλλά αντιπροσωπεύει τη δεύτερη πιο συχνή αιτία παιδικού θανάτου. Η αντιμετώπιση όγκων σε παιδιά αντιμετωπίζεται συνήθως με συνδυασμό θεραπευτικών μεθόδων. Η Βραχυθεραπεία δεν είναι συνήθης τρόπος θεραπείας, αλλά εφαρμόζεται σε κάποιες περιπτώσ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | English |
| Έκδοση: |
2017
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/10758 |
| id |
nemertes-10889-10758 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
English |
| topic |
Pediatric Brachytherapy Cancer therapy Παιδιατρική Βραχυθεραπεία Θεραπεία καρκίνου Monte Carlo 618.929 94 |
| spellingShingle |
Pediatric Brachytherapy Cancer therapy Παιδιατρική Βραχυθεραπεία Θεραπεία καρκίνου Monte Carlo 618.929 94 Χατζηπαπάς, Κωνσταντίνος Clinical evaluation of pediatric brachytherapy applications, using MC simulations |
| description |
Ο καρκίνος είναι μία σχετικά σπάνια ασθένεια στα παιδιά, αλλά αντιπροσωπεύει τη δεύτερη πιο συχνή αιτία παιδικού θανάτου. Η αντιμετώπιση όγκων σε παιδιά αντιμετωπίζεται συνήθως με συνδυασμό θεραπευτικών μεθόδων. Η Βραχυθεραπεία δεν είναι συνήθης τρόπος θεραπείας, αλλά εφαρμόζεται σε κάποιες περιπτώσεις, όπως τα σαρκώματα μαλακών ιστών. Διαθέτει πλεονεκτή-ματα τα οποία την ευνοούν έναντι πιο επιθετικών τεχνικών, σε ειδικές περιπτώσεις παιδιατρικών εφαρμογών. Βασικό τέτοιο πλεονέκτημα είναι η χαμηλή τοξικότητα σε γειτονικούς υγιείς ιστούς, γεγονός το οποίο οδηγεί σε μείωση μεταγενέστερων επιπλοκών.
Όριο για την εφαρμογή της τεχνικής είναι η ανάγκη ύπαρξης συγκεκριμένης μεθοδολογίας προσαρμοσμένης στα χαρακτηριστικά του εκάστοτε ασθενούς. Οι προσομοιώσεις Monte Carlo μπορούν να προσδιορίσουν με υψηλή ακρίβεια δοσιμετρικές παραμέτρους σε πραγματικές καταστάσεις. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η αξιολόγηση της εργαλειοθήκης του GATE σε πραγματικές περιπτώσεις Βραχυθεραπείας και η αξιολόγηση πλάνων Βραχυθεραπείας σε παιδιατρικές εφαρμογές για ακριβή δοσιμετρία σε ευαίσθητα και κρίσιμα όργανα. Επιπροσθέτως, η παρούσα μελέτη προωθεί την ακριβή δοσιμετρία, την ενσωμάτωση των ετερογενειών των ιστών και της εξειδίκευσης για κάθε ασθενή, στοχεύοντας στη διεύρυνση χρήσης της τεχνικής καθώς και στη βελτιστοποίησή της.
Χρησιμοποιήθηκε το GATE, σε συνδυασμό με ανθρωπόμορφα ομοιώματα που παρέχονται από το XCAT. Η στατιστική αβεβαιότητα διατηρήθηκε σε τιμές μικρότερες του 3% σε όλες τις προσομοιώσεις. Αρχικά, δύο πηγές ακτινοβολίας υψηλού ρυθμού δόσης Ιριδίου (192) προσομοιώθηκαν (Nucletron mHDR-v1 και Varian VS2000) και συγκρίθηκαν πλήρως με τη χρήση του πρωτοκόλλου που προτείνεται από τις AAPM και ESTRO. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώθηκαν πλήρως όσον αφορά τις τιμές των συναρτήσεων γραμμικής δόσης gL(r) και ανισοτροπίας F(r) αλλά και για τη σταθερά ρυθμού δόσης (Λ). Οι διαφορές μεταξύ των θεωρητικών και των πειραματικών τιμών κυμάνθηκαν κυρίως μεταξύ των τιμών 0.01-3.5%, αλλά παρατηρήθηκαν και κάποιες τιμές που άγγιξαν το 6%.
Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκαν τα ανθρωπόμορφα ομοιώματα XCAT ώστε να προσομοιωθούν κλινικές περιπτώσεις. Αρχικά προσομοιώθηκε ένα πείραμα Βραχυθεραπείας προστάτη, πάνω στο οποίο αναπτύχθηκαν εργαλεία επεξεργασίας των τρισδιάστατων εικόνων δόσης του GATE. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκε ένα πραγματικό πλάνο Βραχυθεραπείας για μια γυναικολογική περίπτωση. Για την επιβεβαίωση της ακρίβειας των προσομοιωμένων αποτελεσμάτων, συγκρίθηκαν με τα κλινικά σημεία δόσης που προέρχονταν από το κλινικής χρήσης σύστημα παραγωγής πλάνων θεραπείας. Το τελευταίο πείραμα, αφορούσε την εφαρμογή της επιβεβαιωμένης μεθόδου αξιολόγηση πλάνων Βραχυθεραπείας, σε ένα ανθρωπόμορφο ομοίωμα κοριτσιού 14 ετών, για την περίπτωση σαρκώματος σε αιδοίο/κόλπο.
Παρόλο που οι τεχνικές Βραχυθεραπείας εφαρμόζονται ήδη, είναι σημαντικό να εισαχθούν στις χρησιμοποιούμενες τεχνικές, Monte Carlo ιδιότητες, ώστε να οδηγηθούν σε ακριβή δοσιμετρία. Ο στόχος επεκτείνεται στην αξιολόγηση μιας ποικιλίας εφαρμογών Βραχυθεραπείας, χρησιμοποιώντας ομοιώματα διαφόρων ηλικιών και διαφόρων τύπων παθολογικών περιπτώσεων. |
| author2 |
Καγκάδης, Γεώργιος |
| author_facet |
Καγκάδης, Γεώργιος Χατζηπαπάς, Κωνσταντίνος |
| format |
Thesis |
| author |
Χατζηπαπάς, Κωνσταντίνος |
| author_sort |
Χατζηπαπάς, Κωνσταντίνος |
| title |
Clinical evaluation of pediatric brachytherapy applications, using MC simulations |
| title_short |
Clinical evaluation of pediatric brachytherapy applications, using MC simulations |
| title_full |
Clinical evaluation of pediatric brachytherapy applications, using MC simulations |
| title_fullStr |
Clinical evaluation of pediatric brachytherapy applications, using MC simulations |
| title_full_unstemmed |
Clinical evaluation of pediatric brachytherapy applications, using MC simulations |
| title_sort |
clinical evaluation of pediatric brachytherapy applications, using mc simulations |
| publishDate |
2017 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/10758 |
| work_keys_str_mv |
AT chatzēpapaskōnstantinos clinicalevaluationofpediatricbrachytherapyapplicationsusingmcsimulations AT chatzēpapaskōnstantinos axiologēsēklinikōnepharmogōntēsbrachytherapeiasstēnpaidiatrikēmetēchrēsēmcprosomoiōseōn |
| _version_ |
1771297204952104960 |
| spelling |
nemertes-10889-107582022-09-05T11:17:20Z Clinical evaluation of pediatric brachytherapy applications, using MC simulations Αξιολόγηση κλινικών εφαρμογών της βραχυθεραπείας στην παιδιατρική, με τη χρήση MC προσομοιώσεων Χατζηπαπάς, Κωνσταντίνος Καγκάδης, Γεώργιος Λούντος, Γεώργιος Νικηφορίδης, Γεώργιος Chatzipapas, Konstantinos Pediatric Brachytherapy Cancer therapy Παιδιατρική Βραχυθεραπεία Θεραπεία καρκίνου Monte Carlo 618.929 94 Ο καρκίνος είναι μία σχετικά σπάνια ασθένεια στα παιδιά, αλλά αντιπροσωπεύει τη δεύτερη πιο συχνή αιτία παιδικού θανάτου. Η αντιμετώπιση όγκων σε παιδιά αντιμετωπίζεται συνήθως με συνδυασμό θεραπευτικών μεθόδων. Η Βραχυθεραπεία δεν είναι συνήθης τρόπος θεραπείας, αλλά εφαρμόζεται σε κάποιες περιπτώσεις, όπως τα σαρκώματα μαλακών ιστών. Διαθέτει πλεονεκτή-ματα τα οποία την ευνοούν έναντι πιο επιθετικών τεχνικών, σε ειδικές περιπτώσεις παιδιατρικών εφαρμογών. Βασικό τέτοιο πλεονέκτημα είναι η χαμηλή τοξικότητα σε γειτονικούς υγιείς ιστούς, γεγονός το οποίο οδηγεί σε μείωση μεταγενέστερων επιπλοκών. Όριο για την εφαρμογή της τεχνικής είναι η ανάγκη ύπαρξης συγκεκριμένης μεθοδολογίας προσαρμοσμένης στα χαρακτηριστικά του εκάστοτε ασθενούς. Οι προσομοιώσεις Monte Carlo μπορούν να προσδιορίσουν με υψηλή ακρίβεια δοσιμετρικές παραμέτρους σε πραγματικές καταστάσεις. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η αξιολόγηση της εργαλειοθήκης του GATE σε πραγματικές περιπτώσεις Βραχυθεραπείας και η αξιολόγηση πλάνων Βραχυθεραπείας σε παιδιατρικές εφαρμογές για ακριβή δοσιμετρία σε ευαίσθητα και κρίσιμα όργανα. Επιπροσθέτως, η παρούσα μελέτη προωθεί την ακριβή δοσιμετρία, την ενσωμάτωση των ετερογενειών των ιστών και της εξειδίκευσης για κάθε ασθενή, στοχεύοντας στη διεύρυνση χρήσης της τεχνικής καθώς και στη βελτιστοποίησή της. Χρησιμοποιήθηκε το GATE, σε συνδυασμό με ανθρωπόμορφα ομοιώματα που παρέχονται από το XCAT. Η στατιστική αβεβαιότητα διατηρήθηκε σε τιμές μικρότερες του 3% σε όλες τις προσομοιώσεις. Αρχικά, δύο πηγές ακτινοβολίας υψηλού ρυθμού δόσης Ιριδίου (192) προσομοιώθηκαν (Nucletron mHDR-v1 και Varian VS2000) και συγκρίθηκαν πλήρως με τη χρήση του πρωτοκόλλου που προτείνεται από τις AAPM και ESTRO. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώθηκαν πλήρως όσον αφορά τις τιμές των συναρτήσεων γραμμικής δόσης gL(r) και ανισοτροπίας F(r) αλλά και για τη σταθερά ρυθμού δόσης (Λ). Οι διαφορές μεταξύ των θεωρητικών και των πειραματικών τιμών κυμάνθηκαν κυρίως μεταξύ των τιμών 0.01-3.5%, αλλά παρατηρήθηκαν και κάποιες τιμές που άγγιξαν το 6%. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκαν τα ανθρωπόμορφα ομοιώματα XCAT ώστε να προσομοιωθούν κλινικές περιπτώσεις. Αρχικά προσομοιώθηκε ένα πείραμα Βραχυθεραπείας προστάτη, πάνω στο οποίο αναπτύχθηκαν εργαλεία επεξεργασίας των τρισδιάστατων εικόνων δόσης του GATE. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκε ένα πραγματικό πλάνο Βραχυθεραπείας για μια γυναικολογική περίπτωση. Για την επιβεβαίωση της ακρίβειας των προσομοιωμένων αποτελεσμάτων, συγκρίθηκαν με τα κλινικά σημεία δόσης που προέρχονταν από το κλινικής χρήσης σύστημα παραγωγής πλάνων θεραπείας. Το τελευταίο πείραμα, αφορούσε την εφαρμογή της επιβεβαιωμένης μεθόδου αξιολόγηση πλάνων Βραχυθεραπείας, σε ένα ανθρωπόμορφο ομοίωμα κοριτσιού 14 ετών, για την περίπτωση σαρκώματος σε αιδοίο/κόλπο. Παρόλο που οι τεχνικές Βραχυθεραπείας εφαρμόζονται ήδη, είναι σημαντικό να εισαχθούν στις χρησιμοποιούμενες τεχνικές, Monte Carlo ιδιότητες, ώστε να οδηγηθούν σε ακριβή δοσιμετρία. Ο στόχος επεκτείνεται στην αξιολόγηση μιας ποικιλίας εφαρμογών Βραχυθεραπείας, χρησιμοποιώντας ομοιώματα διαφόρων ηλικιών και διαφόρων τύπων παθολογικών περιπτώσεων. Cancer is a relative rare disease in children, but represents the second leading cause of childhood death. Pediatric tumors are generally encountered using multi-modal treatment. Brachytherapy is rarely applied in children but already applied in few situations such as soft-tissue sarcoma. Brachytherapy presents several advantages in modern medicine and is favorably compared with other more aggressive techniques in specific pediatric applications. Brachytherapy can result on low toxicity on normal tissue and may decrease the odds for late malignancies. The limitation of such a technique is the need for specific methodology adapted to the patient’s characteristics. Monte Carlo simulations can determine accurately dosimetric parameters in realistic cases. The purpose of the present study is to validate the GATE toolkit on brachytherapy realistic applications, and to evaluate brachytherapy plans on pediatric applications for accurate dosimetry on sensitive, and critical organs of interest. The GATE v7 MC toolkit was used and the human anatomy was modeled using the XCAT phantom. The simulations were executed using 1010 number of primaries resulting in statistical uncertainties lower than 3%. Initially, two High Dose Rate (HDR) 192Ir brachytherapy sources were simulated (Nucletron mHDR-v1 and Varian VS2000) and fully validated using the AAPM and ESTRO protocols. The MC simulations resulted on accurate dosimetry in terms of dose rate constant (Λ), radial dose gL(r), and anisotropy function F(r,θ) for both sources. The differences between the theoretical values, and the simulated ones range from 0.01% to 3.3%, with the largest discrepancies being observed in dose rate constant 6%. A realistic brachytherapy plan was also simulated using the XCAT anthropomorphic computational model. The simulated data were compared to the clinical dose points Nucletron mHDR-v1 source was used for the validation of a realistic simulated plan based on a clinical brachytherapy scheme. Thus, an adult woman was modeled using XCAT and the Nucletron Oncentra’s clinical dose points were compared to the simulated ones, resulting in differences lower than 5%. Finally, the same brachytherapy plan was simulated in a 14 years old girl (XCAT model), extracting the isodose curves, and the DVH for the evaluation of the absorbed dose per organ, with respect to heterogeneities of the human anatomy. Brachytherapy techniques have already been applied on children. However, it is critical to fully evaluate pediatric brachytherapy using MC techniques leading in precise dosimetry. Our goal extends to evaluate a variety of pediatric brachytherapy schemes using a population of pediatric phantoms for several pathological cases. This study promotes precise dosimetry, heterogeneity of tissues and personalization of treatment, attempting to widen the use of the technique, while improving it. 2017-11-10T08:54:30Z 2017-11-10T08:54:30Z 2016-06-08 Thesis http://hdl.handle.net/10889/10758 en 12 application/pdf |
